JP3662402B2 - 光半導体モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光半導体モジュールに関し、特に、大容量光ファイバ通信に用いられる超高速変調器付半導体レーザ素子を備えた光半導体モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の変調器付半導体レーザ素子を備えた光半導体モジュールの構造を説明するための図であり、図５(a) は変調器付半導体レーザ素子の構造を示す斜視図、図５(b) は変調器付半導体レーザ素子を載置するための基板の構造を示す斜視図、及び図５(c) は変調器付半導体レーザ素子を基板に載置してなる光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。図において、１００１は変調器付半導体レーザ素子、１００２ａ、１００２ｂは変調器付半導体レーザ素子１００１の変調器部１０２０の表面に設けられた表面電極、１００３ａ、１００３ｂは変調器部１０２０の裏面側と導通された裏面用電極、１００４は変調器付半導体レーザ素子１００１のレーザ部１０４０の表面電極、１００５はレーザ部１０４０の裏面側と導通された裏面用電極である。基板１０１２は高周波の損失の少ないアルミナ等の材料からなる板状部材であるマイクロストリップライン基板１００６を、ＣｕＷ等からなるチップキャリア１０１１上に配置してなる。チップキャリア１０１１はマイクロストリップライン基板１００６を補強する機能を有するとともに、マイクロストリップ線路の接地導体となるものである。１００７ａ、１００７ｂ、１００７ｄ、及び１００７ｅはマイクロストリップライン基板１００６上に配置された金メッキ等からなるストリップ線路、１００７ｃはマイクロストリップライン基板１００６上に配置された金メッキ等からなる給電線路、１００７ｆは金メッキ等からなる接地用線路、１００８はストリップ線路１００７ｂ上に設けられた５０Ωの終端抵抗、１００９ｂ、１００９ｄ、１００９ｅ、１００９ｆはその内面が金メッキ等によりメタライズされた、マイクロストリップライン基板１００６表面のストリップ線路とチップキャリア１０１１とを導通させるためのスルーホールである。
【０００３】
この光半導体モジュールは、変調器付半導体レーザ素子１００１を、その表面が、マイクロストリップライン基板１００６の表面に向かい合うように、マイクロストリップライン基板１００６上に載置することにより構成されており、表面電極１００２ａとストリップ線路１００７ａ、表面電極１００２ｂとストリップ線路１００７ｂ、裏面用電極１００３ａとストリップ線路１００７ｄ、裏面用電極１００３ｂとストリップ線路１００７ｅ、表面電極１００４と給電線路１００７ｃ、及び裏面用電極１００５と接地用線路１００７ｆとがそれぞれ互いに接着されている。
【０００４】
図６は光半導体モジュールの組み立て方法を説明するための図であり、図において、図５と同一符号は同一または相当する部分を示している。この従来の光半導体モジュールは、変調器付半導体レーザ素子１００１と、基板１２とを用意し、レーザ素子１００１の表面の各電極上に、ＡｕＳｎはんだバンプ１０１０をそれぞれ形成しておき、この変調器付半導体レーザ素子１００１を、予め３４０℃程度に加熱しておいたマイクロストリップライン基板１００６上に、その表面同士が互いに向かい合うように載置し、レーザ素子１００１の変調器部側の表面電極１００２ａ，１００２ｂ、裏面用電極１００３ａ，１００３ｂ、レーザ部側の表面電極１００４、及び裏面用電極１００５をそれぞれマイクロストリップ線路１００７ａ、１００７ｂ，１００７ｄ，１００７ｅ、給電線路１００７ｃ，及び接地用線路１００７ｆにＡｕＳｎはんだバンプ１０１０を介して圧着させ、昇温して接着することにより形成される。
【０００５】
次に、従来の光半導体モジュールに用いられる変調器付半導体レーザ素子の製造方法、及びレーザ素子上へのはんだバンプの製造方法を図４を用いて説明する。図４は従来の変調器付半導体レーザチップの製造方法及びはんだバンプの製造方法を示す工程図であり、レーザ共振器長方向に垂直な断面図である。図４において、１０５１はアンドープＩｎＰ基板、レーザ部においては活性層となる１０５２は導波層、１０６２はｐ型ＩｎＰ第２クラッド層、１０５３は高抵抗ＩｎＰ電流ブロック層、１０５４はｎ型ＩｎＰホールトラップ層、１０５５はｐ型ＩｎＰ第１クラッド層、１０５６はｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１０５７はエッチングにより形成した溝、１０５８はＳｉＯ2 絶縁膜、１０５９はＣｒ／Ａｕ膜、１０６０は表面電極、１０６１は裏面用電極である。
【０００６】
まず、最初に、図４(a) に示すように、アンドープＩｎＰ基板１０５１上に、導波路１０５２とｐ型ＩｎＰ第２クラッド層１０６２とを結晶成長させ、これを基板１０５１に達する深さまでエッチングすることによりレーザ共振器長となる方向に伸びる所定幅のリッジストライプ形状に加工した後、リッジストライプ形状部分を埋め込むように、高抵抗ＩｎＰ電流ブロック層１０５３，ｎ型ＩｎＰホールトラップ層１０５４を成長し、ついでｐ型ＩｎＰクラッド層１０５５，ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５６を成長する。なお、レーザ部を形成する領域の導波層１０５２上には回折格子を形成するが、ここでは省略している。また、変調器部とレーザ部とを電気的に分離するためにこの領域の間にアイソレーション領域を形成するがここでは省略している。
【０００７】
さらに、図４(b) に示すように、変調器部の容量低減のため，及び素子の裏面側との導通のために、リッジストライプ形状部分が形成されていない領域に、アンドープＩｎＰ基板１０５１に到達するようにエッチングにより開口部１０５７を形成し、図４(c) に示すように、ＳｉＯ2 絶縁膜１０５８を基板１０５１の表面全体に成膜した後、導波路１０５２の直上及び溝１０５７の最深部に、それぞれ、コンタクト層１０５６及びアンドープＩｎＰ基板１０５１が底面に露出した開口部を設ける。その後、図４(d) に示すように、Ｃｒ／Ａｕ膜１０５９を基板１０５１上全面に形成し、図４(e) に示すように、パターニングにより導波層１０５２上の領域と開口部１０５７上の領域とでＣｒ／Ａｕ膜１０５９を分離し、表面電極１０６０と、裏面用電極１０６１とを形成して変調器付半導体レーザ素子１００１を得る。
【０００８】
さらに、図４(f) に示すように、レーザ素子１００１表面全体をレジストで覆い、その一部を露光技術を用いて窓開けし、その上にＡｕメッキとＳｎメッキを順次行い、レジストを除去する。これにより、Ａｕ組成８０％、Ｓｎ組成２０％の合金となる融点２８０℃のＡｕＳｎはんだバンプ１０１０が得られる。
【０００９】
この光半導体モジュールでは、チップキャリア１０１１を接地させて変調器付半導体レーザ素子の裏面用電極１００３ａ，１００３ｂ，１００５を接地電位とし、給電線路１００７ｃからレーザ部にＤＣ電流を注入してレーザ部においてレーザ光を発生させ、マイクロストリップライン１００７ｄから変調器部に変調信号を印加することで、このレーザ光を変調させて、端面から変調光が得られる。
【００１０】
従来の光半導体モジュールは、変調器付半導体レーザ素子１００１を載置するマイクロストリップライン基板１００６として高周波の損失角が小さいアルミナの単一基板を用い、その上に変調器付半導体レーザ素子１００１の変調器部１０２０とレーザ部１０４０とをともに接着するようにしていた。しかしながら、このようにすると、アルミナの熱伝導率は０．３Ｗ／ｃｍ・℃と小さいためにレーザ部１０４０に電流を注入したときに発光領域付近で生ずる熱を拡散するのが難しく放熱性が悪くなり、発光領域付近の温度上昇が大きくなるために、特に高温時に動作させる場合には、充分な光出力を低消費電流で得ることが難しいという問題があった。
【００１１】
逆に、マイクロストリップライン基板としてレーザ部のサブマウント材として一般的に用いられるＳｉＣ等の熱伝導率が２．６Ｗ／ｃｍ・℃と高い材料を用いた場合、熱伝送性には優れるものの高周波の損失角が大きく、変調器部においてＤＣから数十ＧＨｚまでの幅広い周波数範囲で優れた高周波特性を得ることが困難となるという問題があった。
【００１２】
したがって、優れた高周波特性を有するとともに、高温時においても動作可能である、高性能な光半導体モジュールを得ることは非常に困難であった。
【００１３】
一方、図７は従来の他の光半導体モジュールの構造を説明するための斜視図であり、図において、図５と同一符号は同一又は相当する部分を示しており、アレイ型変調器付半導体レーザチップ２００１は図５において説明した変調器付半導体レーザ素子１００１を複数、その光軸が平行になるように併設して形成されている。但し、ここでは、このレーザ素子１００１の表面には裏面用電極を設けず、素子の裏面に共通の裏面電極（図示せず）を設けるようにしている。２００２は半導体レーザ部、２００３は変調器部、２００５は材料が高周波の損失の少ないアルミナ等の板状部材からなっているマイクロストリップライン基板で、その裏面には図示していないが接地導体が設けられている。２００６はマイクロストリップライン基板２００５上に配置された、上記アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１の光軸に対して垂直な方向に伸びるように配置された、それぞれのアレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１側の端部が光軸方向において同一直線上に配列されている、高周波信号を印加するための複数のストリップ線路で、このストリップ線路２００６の本数はアレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１を構成する各半導体レーザ素子１００１の数と同数とする。２００７は上記アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１の光軸に対して垂直な方向において等間隔で同一直線上に配列された給電線路で、その配列間隔は、アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１を構成するレーザ素子１００１同士の間隔と等しい間隔となっている。２０１０は２００６はマイクロストリップライン基板２００５上に配置された、上記アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１の光軸に対して垂直な方向に伸びるように配置された、それぞれのアレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１側の端部が光軸方向において同一直線上に配列されている複数のストリップ線路で、複数のストリップ線路２０１０と複数のストリップ線路２００６とはそれぞれアレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１の両側に配置されている。２００８は複数のストリップ線路２０１０のそれぞれに挿入された終端抵抗、２００９はその内部に金メッキ等のメタライズがなされているスルーホールで、マイクロストリップライン基板２００５裏面の接地導体と複数のストリップ線路２０１０のそれぞれとを接続している。
【００１４】
この光半導体モジュールにおいては、マイクロストリップライン基板２００５上に、アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１が、その裏面が、マイクロストリップライン基板２００５の表面に対向するように載置されて接着されている。そして金線等のボンディングワイヤ２００４により、各ストリップ線路２００６と、アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１を構成する各半導体レーザ素子１００１の変調器部２００３側の表面電極１００２ａとが、また、各ストリップ線路２０１０と、各半導体レーザ素子１００１の変調器部２００３側の各表面電極１００２ｂとが接続されている。また、アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１の裏面電極は、マイクロストリップライン基板２００５の、該素子２００１を載置する位置に設けられた接地用の金属膜等に接着され接地される。
【００１５】
この光半導体モジュールでは、チップキャリア１０１１を接地させ、アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１の裏面電極（図示せず）を接地電位とし、各給電線路１００７ｃからアレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１の各レーザ部２００２にＤＣ電流を注入してレーザ部２００２においてレーザ光を発生させ、各マイクロストリップライン１００７ｄから各変調器部２００３に変調信号を印加することで、各レーザ部２００２において発生されたレーザ光を変調させて、端面から変調光が得られる。
【００１６】
しかしながら、このようなアレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１をマイクロストリップライン基板２００５上に載置して形成された光半導体モジュールにおいては、アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１を構成する，並列して配置されたレーザ素子１００１の数が増えるに従って、各変調器付半導体レーザ素子１００１の変調器部２００３の表面電極１００２ａ，１００２ｂと、アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１の両側に配置されたストリップ線路２００６，２０１０とを接続するボンディングワイヤ２００４の長さが長くなるため、自己インダクタンスのみならず、ワイヤ間の相互インダクタンスによるクロストークにより各レーザ素子から出力される変調光の波形が乱されることとなる。したがって、高周波特性に優れた、高性能な光半導体モジュールが得られなくなるという問題があった。
【００１７】
また、このようなボンディングワイヤ２００４の長さが長くなることによる問題の発生を避けるために、ストリップ線路２００６，２０１０をアレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１のレーザ光を出射させる端面側、即ち変調器部１０２０側の近傍に配置することも考えられるが、この場合、接続に必要なボンディングワイヤが光の出射を妨げてしまうという問題が生じる。
【００１８】
また、ストリップ線路２００６，２０１０をアレイ型半導体レーザ素子２００１のレーザ部２００２側の端面近傍に配置することも考えられるが、通常、レーザ部２００２側の端面近傍には出力光強度モニタや出力光制御用のフォトダイオードを載置するため、このようなストリップ線路を配置したり、ボンディングワイヤを設けることはできない。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
以上に説明したように、従来は性能のよい光半導体モジュールを得ることができないという問題があった。
【００２０】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、優れた性能を有する光半導体モジュールを得ることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光半導体モジュールは、その表面に高周波信号用のストリップ線路を備えた第１の板状部材と、該第１の部材に併設されたその表面に給電線路を備えた第２の板状部材とを有し、上記第１の板状部材が第２の板状部材よりも損失角の小さい材料からなり、第２の板状部材が第１の板状部材よりも熱伝導率が高い材料からなる基板と、その表面に表面電極を備えた変調器部と、その表面に表面電極を備えた，その光軸が上記変調器部の光軸と同一直線上に配置されたレーザ部とを有し、上記変調器部の表面電極が、上記ストリップ線路と接着され、上記レーザ部の表面電極が上記給電線路と接着されるよう、上記基板上に配置された変調器付半導体レーザ素子とを備えたものである。
【００２２】
また、上記請求項１に記載の光半導体モジュールにおいて、上記基板の裏面には接地導体が設けられており、上記ストリップ線路をマイクロストリップ線路としたものである。
【００２３】
また、上記光半導体モジュールにおいて、上記第１の板状部材の表面には、スルーホールを介して裏面の接地導体と接続された接地用線路が設けられており、上記変調器付半導体レーザ素子の変調器部の表面には、その裏面と導通された裏面用電極が設けられており、上記接地用線路と裏面用電極とが接着されているようにしたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明に係る光半導体モジュールは、変調器付半導体レーザ素子を載置する基板の、変調器部が載置される領域と、レーザ部が載置される領域との材質を異なるものとするとともに、変調器部が載置される領域の材質をレーザ部が載置される領域の材質よりも高周波の損失角が小さいものとし、レーザ部が載置される領域の材質を変調器部が載置される領域の材質よりも熱伝導率の高いものとしたものである。
【００３０】
図１は本発明の実施の形態１に係る光半導体モジュールの構造を説明するための図であり、図１(a) は光半導体モジュールの一部となる変調器付半導体レーザ素子の構造を示す斜視図、図１(b) は変調器付半導体レーザ素子を載置するための基板の構造を示す斜視図、及び図１(c) は変調器付半導体レーザ素子を基板に載置してなる光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【００３１】
図において、変調器付半導体レーザ素子１はその表面に表面電極２ａ，２ｂを備えた変調器部２０と、その表面に表面電極４を備え，その光軸が上記変調器部２０の光軸と同一直線上に配置されたレーザ部４０とを有している。レーザ素子１の光導波路３０は光軸に沿って伸びており、変調器部２０側の光が出射される端面２０ａは光導波路３０の伸びる方向に対して垂直に配置されている。裏面用電極３ａ、３ｂは光軸の両側に配置されており、それぞれが変調器部２０の裏面側と導通されている。裏面用電極３ａ、３ｂはいずれか一方のみを設けるようにしてもよいが、光軸の両側にそれぞれ設けることが動作特性上好ましい。裏面用電極５はレーザ部４０の裏面側と導通されている。
【００３２】
基板７０は、ＣｕＷ等からなるチップキャリア１１上に、材料が高周波の損失角の小さいアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）やＡｌＮ等からなるマイクロストリップライン基板として機能する第１の板状部材７１と、第１の板状部材７１に対して熱伝導率の高いＳｉＣ等の材料からなるサブマウントとして機能する第２の板状部材７２とが併設されて構成されている。なお、第１の板状部材７１の材料は、第２の板状部材７２に対して高周波の損失角の小さい材料であれば他の材料を用いてもよく、第２の板状部材７２の材料としては、第１の板状部材７２よりも熱伝導率の高い材料であれば他の材料を用いてもよい。チップキャリア１１は、２つの板状部材７１，７２を固定するとともに、これらを補強する機能と、２つの板状部材７１，７２の接地導体となる機能とを兼ね備えている。また、変調器付半導体素子１の実装時の障害となる段差が生じないように、２つの板状部材７１，７２の厚さはそれぞれ調整され、これらの表面の高さは同じになっている。ここでは板状部材７１，７２が空間的に分離されて配置されているが、互いに接着させて配置するようにしてもよい。この場合、チップキャリア１１を設けずに、板状部材７１，７２の裏面にメッキ等からなる共通の接地導体を形成するようにしてもよい。第１の板状部材７１上に配置された金メッキ等からなるストリップ線路７ａ、７ｂ、７ｄ、及び７ｅと、第１の板状部材７１の裏面側に設けられた接地導体となるチップキャリア１１とが、マイクロストリップ線路を構成している。８はストリップ線路７ｂ上に挿入された５０Ωの終端抵抗、７ｃは第２の板状部材７２上に配置された金メッキ等からなる給電線路、７ｆは金メッキ等からなる接地用線路、スルーホール９ｂ、９ｄ、９ｅ、９ｆはその内面が金メッキ等によりメタライズされており、第１，第２の板状部材７１，７２表面のストリップ線路７ｂ，７ｄ，７ｅ，及び接地用線路７ｆと，接地導体となるチップキャリア１１とを導通させている。
【００３３】
この光半導体モジュールは、図１(c) に示すように、変調器付半導体レーザ素子１を、その表面が、第１，第２の板状部材７１，７２の表面に向かい合うように、第１，第２の板状部材７１，７２上に載置することにより構成されており、変調器付半導体レーザ素子１は、その光軸方向が、第１の板状部材７１と第２の板状部材７２との配列方向と同じとなり、かつ、変調器付半導体レーザ素子１の変調器部２０が第１の板状部材７１上に、また、レーザ部４０が第２の板状部材７２上に位置するように載置されている。そして、表面電極２ａとストリップ線路７ａ、表面電極２ｂとストリップ線路７ｂ、裏面用電極３ａとストリップ線路７ｄ、裏面用電極３ｂとストリップ線路７ｅ、表面電極４と給電線路７ｃ、及び裏面用電極５と接地用線路７ｆとがそれぞれ互いに接着されている。
【００３４】
このように変調器付半導体レーザ素子１が基板７０上に載置されているため、ストリップ線路７ａと変調器部の表面電極２ａとが接続され、変調器部の表面電極２ｂはストリップ線路７ｂとスルーホール９ｂとを介してチップキャリア１１と接続されている。変調器部の裏面用電極３ａはストリップ線路７ｄとスルーホール９ｄとを介してチップキャリア１１と接続されている。変調器部の裏面用電極３ｂはストリップ線路７ｅとスルーホール９ｅとを介してチップキャリア１１と接続されている。終端抵抗８はストリップ線路７ｂの途中に挿入されているため、終端抵抗８は変調器部と並列に接続されている。
【００３５】
図８は光半導体モジュールの組み立て方法を説明するための図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示している。本実施の形態１に係る光半導体モジュールは、変調器付半導体レーザ素子１と、基板７０とを用意し、レーザ素子１の表面上の所定の位置に、ＡｕＳｎはんだバンプ１０をそれぞれ形成しておき、この変調器付半導体レーザ素子１を、予め３４０℃程度に加熱しておいた基板７０上に、その表面が基板７０の表面に向かい合うように載置し、レーザ素子１の変調器部側の表面電極２ａ，２ｂ、裏面用電極３ａ，３ｂ、レーザ部側の表面電極４、及び裏面用電極５をそれぞれストリップ線路７ａ、７ｂ，７ｄ，７ｅ、給電線路７ｃ，及び接地用線路７ｆにＡｕＳｎはんだバンプ１０を介して圧着させ、昇温することにより接着させて形成される。
【００３６】
次に動作について説明する。チップキャリア１１を接地させて変調器付半導体レーザ素子１の裏面用電極３ａ，３ｂ，５を接地電位とし、給電線路７ｃからレーザ部４０にＤＣ電流を注入してレーザ部４０においてレーザ光を発生させ、ストリップ線路７ｄから変調器部２０に変調信号を印加することで、このレーザ光を変調させて、変調器付半導体レーザ素子１の変調器側の端面２０ａから変調光が得られる。
【００３７】
この光半導体モジュールにおいては、基板７０の変調器付半導体レーザ素子１の変調器部２０が載置される部分を高周波の損失角の小さいアルミナ等からなる第１の板状部材７１とし、レーザ部４０が載置される部分が熱伝導率の高いＳｉＣ等からなる第２の板状部材７２としたため、変調器部２０においては、損失角の小さい第１の板状部材７２により高周波の損失を小さくして、高周波特性を向上させることができるとともに、レーザ部３０においては、電流注入により発生する熱を第２の板状部材により効率的に放散させることができる。この結果、本実施の形態１に係る光半導体モジュールによれば、優れた高周波特性を有するとともに、放熱性に優れ，高温動作が可能である、高性能な光半導体モジュールを提供することができる。
【００３８】
なお、上記実施の形態１においては、光半導体モジュールを組み立てる際に、変調器付半導体レーザのレーザ部４０の表面電極４及び裏面用電極５と、基板７０の給電線路７ｃ及び接地用線路７ｆとをはんだバンプ１０を用いて接着するようにしたが、本発明においては、図２に示すように、変調器付半導体レーザ素子１のレーザ部４０の表面電極４、裏面用電極１００５と接着する部分に、はんだバンプを設ける代わりに、それぞれ薄くパターニングされたＡｕＳｎはんだ８１ｃ、８１ｆを形成するようにし、これにより、レーザ部４０の表面電極４及び裏面用電極５と、基板７０の給電線路７ｃ及び接地用線路７ｆとを接着するようにしてもよく、このような場合においても上記実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００３９】
なお、上記実施の形態１においては各ストリップ線路がマイクロストリップ線路である場合について説明したが、本発明においては、各ストリップ線路の両側に接地線路を設けて、上記各ストリップ線路をコプレーナ線路としてもよく、このような場合においても上記実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００４０】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係る光半導体モジュールの構造を説明するための斜視図であり、図３(a) は変調器付半導体レーザ素子の裏面にサブマウントとなる第２の板状部材を取り付けた状態を示す斜視図、図３(b) は変調器付半導体レーザ素子に載置されるコプレーナ線路用基板となる第１の板状部材の構造を示す斜視図、及び図３(c) は光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【００４１】
図において、図１と同一符号は同一又は相当する部分を示しており、変調器付半導体レーザ素子１ａは、図１(a) に示した変調器付半導体レーザ素子１において、レーザ部４０の裏面電極をレーザ素子１の表面から取り出さないようにし、その裏面に裏面電極（図示せず）を設けたものである。高周波の損失角が小さいアルミナ等の材料からなるコプレーナ線路基板として機能する第１の板状部材９１の表面には、同一直線上において伸びるとともに、互いに所定の間隔を隔てて配置されたストリップ線路１７ａ，１７ｂと、これらの両側に平行に配置された接地用線路１９ａ，１９ｂが設けられている。このストリップ線路１７ａ，１７ｂと接地用線路１９ａ，１９ｂとによりコプレーナ線路が形成されている。ストリップ線路１７ｂには５０Ωの終端抵抗１８が挿入されており、ストリップ線路１７ｂのストリップ線路１７ａと対向する端部の反対側の端部が接地用線路１９ａ，１９ｂと接続されている。９２は変調器付半導体レーザ素子１を載置するためのサブマウントとなる第２の板状部材で、ＳｉＣ等の熱伝導率の高い材料からなる。９３はレーザ部の表面電極４と光半導体モジュールの外部の給電源とを接続するボンディングワイヤである。第２の板状部材９２の上面、底面、及び少なくとも１つの側面は金メッキ等でメタライズされている。
【００４２】
この光半導体モジュールは、図３(c) に示すように、変調器付半導体レーザチップ１ａが第２の板状部材９２上に、その裏面が、第２の板状部材９２の表面と接するようにはんだ等を用いて載置され、第１の板状部材９１が、その表面が変調器付半導体レーザ素子１ａの表面に向かい合うように、変調器付半導体レーザ素子１ａの変調器部２０上の領域に載置されている。ストリップ線路１７ａのストリップ線路１７ｂと向かい合う端部は変調器部２０の表面電極２ａとＡｕＳｎはんだを用いて接着され、ストリップ線路１７ｂのストリップ線路１７ａと向かい合う端部は変調器部２０の表面電極２ｂとＡｕＳｎはんだを用いて接着され、変調器部２０の接地電極３ａ，３ｂは接地用線路１９ｂとＡｕＳｎはんだを用いて接着されている。ストリップ線路１７ｂの端部が表面電極２ｂと接続され、変調器部２０の接地電極３ｂｇａ地用線路１９ｂと接続されるため、終端抵抗１８は変調器部２０と並列に接続される。
【００４３】
この光半導体モジュールの第２の板状部材９２の裏面を接地すると、レーザ部４０の裏面電極が接地される。そして、レーザ部４０の表面電極４にボンディングワイヤ９３を介してＤＣ電流を注入し、接地用線路１９ａ，１９ｂを接地してストリップライン７ａから変調信号を印加することで、レーザ素子１ａの変調器部２０側の端部２０ａから変調光を得ることができる。
【００４４】
この光半導体モジュールにおいては、変調器付半導体レーザチップ１ａの裏面全面を熱伝導率の高い第２の板状部材９２に接触させることができるので、光半導体モジュールの放熱性を向上させて、高温動作の可能な光半導体モジュールを得ることができる。また、高周波信号を伝送するためのコプレーナ線路となるストリップ線路１７ａ，１７ｂの基板となる第１の板状部材９１として高周波の損失角の小さい材料を用いるようにしたことにより、高周波特性に優れた光半導体モジュールを得ることができる。
【００４５】
実施の形態３．
図９は本発明の実施の形態３に係る光半導体モジュールの構造を説明するための斜視図であり、図９(a) は光半導体モジュールに用いられるアレイ型変調器付半導体レーザ素子の構造を示す斜視図、図９(b) はアレイ型変調器付半導体レーザ素子が載置される基板の構造を示す斜視図、及び図３(c) は光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【００４６】
図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示しており、アレイ型変調器付半導体レーザ素子１００は図１に示した変調器付半導体レーザ素子１と同様の構造を有する複数の変調器付半導体レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅを、それぞれの光軸が互いに平行となるよう併設してなる。各半導体レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅの光が出射される端面及びその上面は、同一平面を構成している。ここではアレイ型変調器付半導体レーザ素子１００を構成する変調器付半導体レーザ素子の数が５つの場合について説明しているが、この数は２つ以上であればいくつであってもよい。このアレイ型変調器付半導体レーザ素子を構成する変調器付半導体レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅには、変調器部１０２ａ〜１０２ｅとレーザ部１０４ａ〜１０４ｅとの間，及び変調光が出射される端面と変調器部１０２ａ〜１０２ｅとの間に、それぞれ必要に応じて、光損失の少ない導波路１０３ａ〜１０３ｅが設けられており、アレイ型変調器付半導体レーザ素子１００の光軸に対して垂直な同一直線上には、３つ以上の変調器部１０２ａ〜１０２ｅが並ぶことがないように、各変調器部１０２ａ〜１０２ｅの光軸方向の位置が調整されている。ここでは特に５つの変調器付半導体レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅの中心となる素子１０１ｃの変調器部１０２ｃと変調光が出射される端面との距離が最も短く、最も外側の素子１０１ａ，１０１ｅの変調器部１０２ａ，１０２ｅと変調光が出射される端面との距離が最も長くなっている。
【００４７】
基板２００はアルミナ等からなり、その表面には、この基板２００の両端から基板２００の中心方向に向かって互いに平行に伸びるとともに、それぞれの端部が該伸びる方向に向かって一定の間隔で配列されている５つのストリップ線路群２０４ａ〜２０４ｅが配設されている。この間隔は、アレイ型変調器付半導体レーザ素子１００を構成するレーザ素子１０１ａ〜１０１ｅの隣接する素子同士の間隔とほぼ同じ間隔とする。基板２００の裏面には接地導体となるチップキャリア２０５が設けられており、これにより５つのストリップ線路群２０４ａ〜２０４ｅは、それぞれマイクロストリップ線路群となっている。なお、チップキャリアを設ける代わりに、基板２００の裏面にメタライズを設けるようにしてもよい。ストリップ線路群２０４ａ〜２０４ｅは、それぞれ、基板２００の両端から基板の中心方向に向かって互いに平行に伸びるそれぞれの端部が該伸びる方向に向かって一定の間隔で配列されている高周波信号印加用のストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅと、これらの端部に対して一定の間隔を隔てて配置されたストリップ線路２１１ａ〜２１１ｅと、ストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅ及びストリップ線路２１１ａ〜２１１ｅとの互いに対向する端部の、それぞれの近傍に設けられたストリップ線路２１２ａ〜２１２ｅ及びストリップ線路２１３ａ〜２１３ｅとからなる。ストリップ線路２１１ａ〜２１１ｅ，ストリップ線路２１２ａ〜２１２ｅ，及びストリップ線路２１３ａ〜２１３ｅとが設けられている領域には内面がメタライズされたスルーホール２１４が設けられており、その裏面に配置されたチップキャリア２０５と導通されている。上記ストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅのそれぞれの基板２００の中心側の端部を経てこれらのストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅの伸びる方向に垂直な方向に伸びる直線上の領域近傍には上記各ストリップ線路群２１０ａ〜２１０ｅと対をなす５つの給電線路２０２ａ〜２０２ｅが設けられており、これらは、ストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅの伸びる方向と平行な方向において同一直線上に配置されている。また、各給電線路２０２ａ〜２０２ｅの近傍には接地用線路２０３ａ〜２０３ｅが設けられている。
【００４８】
上記アレイ型変調器付半導体レーザ素子１００はその光軸が上記各ストリップ線路群２０４ａ〜２０４ｅの伸びる方向に対して垂直となるよう、上記基板２００の表面をアレイ１００の表面と向かい合わせとして上記基板２００上に載置されている。また、上記各変調器付半導体レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅの変調器部１０２ａ〜１０２ｅの表面電極２ａ，２ｂ及びレーザ部１０４ａ〜１０４ｅの表面電極４が、それぞれ、上記各ストリップ線路群２０４ａ〜２０４ｅの、上記ストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅの端部とこれと対向するストリップ線路２１１ａ〜２１１ｅの端部及びストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅの端部と対をなす給電線路２０２ａ〜２０２ｅとのみにはんだ等を介して接着されている。また、上記各変調器付半導体レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅの裏面用電極３ａ，３ｂ及び裏面用電極５が、それぞれ、上記各ストリップ線路群２０４ａ〜２０４ｅの、ストリップ線路２１２ａ〜２１２ｅ，ストリップ線路２１３ａ〜２１３ｅ及びこれらと対をなす接地用線路２０３ａ〜２０３ｅとのみにはんだ等を介して接着されている。このとき、レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅの変調器部１０２ａ〜１０２ｅの光軸方向の位置が一定ではないため、光軸に垂直な方向に伸びるストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅは、その端部が接続された変調器部１０２ａ〜１０２ｅ以外の変調器部１０２ａ〜１０２ｅとは接続されない。
【００４９】
この光半導体モジュールでは、上記各ストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅと各半導体レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅの変調器部１０２ａ〜１０２ｅの表面電極２ａとが接続され、各変調器部１０２ａ〜１０２ｅの表面電極２ｂはストリップ線路２１１ａ〜２１１ｅとスルーホール２１４とを介してチップキャリア２０５と接続される。変調器部１０２ａ〜１０２ｅの裏面用電極３ａはストリップ線路２１２ａ〜２１２ｅとスルーホール２１４とを介してチップキャリア２０５と接続される。変調器部１０２ａ〜１０２ｅの裏面用電極３ｂはストリップ線路２１３ａ〜２１３ｅとスルーホール２１４とを介してチップキャリア２０５と接続される。終端抵抗２８が各ストリップ線路２１１ａ〜２１１ｅの途中に挿入されているため、終端抵抗２８は変調器部１０２ａ〜１０２ｅと並列に接続される。
【００５０】
チップキャリア２０５を接地させ、アレイ型変調器付半導体レーザ素子１００の各裏面用電極３ａ，３ｂ，５を接地電位とし、各給電線路２０２ａ〜２０２ｅからレーザ部１０４ａ〜１０４ｅにＤＣ電流を注入してレーザ部１０４ａ〜１０４ｅにおいてレーザ光を発生させ、マイクロストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅから変調器部１０２ａ〜１０２ｅに変調信号を印加することで、このレーザ光を変調させて、端面から変調光が得られる。
【００５１】
本実施の形態３においては、アレイ型変調器付半導体レーザ素子１００を構成する各半導体レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅの変調器部１０２ａ〜１０２ｅの表面電極２ａは、マイクロストリップ線路であるストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅと直接接続されている。このため接続にボンディングワイヤ等を用いる必要がない。したがって、従来のアレイ型変調器付半導体レーザ素子を用いた光半導体モジュールにおいて発生していた、アレイを構成するレーザ素子数が増えるにしたがってボンディングワイヤの長さが長くなって、自己インダクタンスのみならず、ワイヤ間の相互インダクタンスによるクロストークにより各レーザ素子から出力される変調光の波形が乱されるという問題がなくなる。この結果、高周波特性を損なうことなくアレイを構成する素子数を増やすことができ、優れた高周波特性を有する高性能な光半導体モジュールが得られる効果がある。
【００５２】
図１０は本実施の形態３に係る光半導体モジュールの変形例を示す図であり、図において、図９と同一符号は同一または相当する部分を示しており、２００ａはアルミナ等の高周波の損失角の小さい材料からなる第１の板状部材、２００ｂはＳｉＣ等の熱伝導率の高い材料からなる第２の板状部材である。
【００５３】
上記実施の形態３においては、アルミナ等からなる単一の基板２００を用いるようにしたが、この変形例においては、図１０に示すように、アレイ型変調器付半導体レーザ素子を載置する基板を、即ち第１の板状部材２００ａと第２の板状部材２００ｂとからなるようにしたものである。即ち、上記実施の形態１において説明したように、変調器部１０２ａ〜１０２ｅが載置される領域と、レーザ部１０４ａ〜１０４ｅが載置される領域とで材質を異なるものとするとともに、変調器部１０２ａ〜１０２ｅが載置される領域の材質をレーザ部１０４ａ〜１０４ｅが載置される領域の材質よりも高周波の損失角が小さいものとし、レーザ部１０４ａ〜１０４ｅが載置される領域の材質を変調器部が載置される領域の材質よりも熱伝導率の高いものとしたものである。このような変形例においても、上記実施の形態３と同様の効果を奏するとともに、レーザ部１０４ａ〜１０４ｅからの放熱性をよくして、高温動作の可能な光半導体モジュールを得ることができる。
【００５４】
なお、上記実施の形態３においては各ストリップ線路がマイクロストリップ線路である場合について説明したが、本発明においては、各ストリップ線路の両側に接地線路を設けて、上記各ストリップ線路をコプレーナ線路としてもよく、このような場合においても上記実施の形態３と同様の効果を奏する。
【００５５】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、その表面に高周波信号用のストリップ線路を備えた第１の板状部材と、該第１の部材に併設されたその表面に給電線路を備えた第２の板状部材とを有し、上記第１の板状部材が第２の板状部材よりも損失角の小さい材料からなり、第２の板状部材が第１の板状部材よりも熱伝導率が高い材料からなる基板と、その表面に表面電極を備えた変調器部と、その表面に表面電極を備えた，その光軸が上記変調器部の光軸と同一直線上に配置されたレーザ部とを有し、上記変調器部の表面電極が、上記ストリップ線路と接着され、上記レーザ部の表面電極が上記給電線路と接着されるよう、上記基板上に配置された変調器付半導体レーザ素子とを備えたから、変調器部においては、損失角の小さい第１の板状部材により高周波の損失を小さくして、高周波特性を向上させることができるとともに、レーザ部においては、電流注入により発生する熱を第２の板状部材により効率的に放散させることができ、優れた高周波特性を有するとともに、放熱性に優れ，高温動作が可能である、高性能な光半導体モジュールを提供することができる効果がある。
【００５６】
また、この発明によれば、上記基板の裏面には接地導体が設けられており、上記ストリップ線路をマイクロストリップ線路としたから、優れた高周波特性を有するとともに、放熱性に優れ，高温動作が可能である、高性能な光半導体モジュールを提供することができる効果がある。
【００５７】
また、この発明によれば、上記第１の板状部材の表面には、スルーホールを介して裏面の接地導体と接続された接地用線路が設けられており、上記変調器付半導体レーザ素子の変調器部の表面には、その裏面と導通された裏面用電極が設けられており、上記接地用線路と裏面用電極とが接着されているようにしたから、優れた高周波特性を有するとともに、放熱性に優れ，高温動作が可能である、高性能な光半導体モジュールを提供することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係る光半導体モジュールの変形例の組み立て方法を説明するための斜視図である。
【図３】 本発明の実施の形態２に係る光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【図４】 従来の光半導体モジュールに用いられる変調器付き半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。
【図５】 従来の光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【図６】 従来の光半導体モジュールの組み立て方法を示す斜視図である。
【図７】 従来の他の光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【図８】 本発明の実施の形態１に係る光半導体モジュールの組み立て方法を説明するための斜視図である。
【図９】 本発明の実施の形態３に係る光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【図１０】 本発明の実施の形態３に係る光半導体モジュールの構造を説明するための斜視図である。
【図１１】 本発明の実施の形態３の変形例に係る光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１０１ａ〜１０１ｅ，１００１ 変調器付半導体レーザ素子、
２ａ，２ｂ，１００２ａ，１００２ｂ 表面電極、３ａ，３ｂ，１００３ａ，
１００３ｂ 裏面用電極、４，１００４，１０６０ 表面電極、５，１００５，１０６１ 裏面用電極、７ａ，７ｂ，７ｄ，７ｅ，１７ａ，１７ｂ，２１０ａ〜２１０ｅ，２１１ａ〜２１１ｅ，２１２ａ〜２１２ｅ，２１３ａ〜２１３ｅ，
１００７ａ，１００７ｂ，１００７ｄ，１００７ｅ，２００６，２０１０ ストリップ線路、２０４ａ〜２０４ｅ，１００７ｃ，２００７ 給電線路、７ｆ，
２０３ａ〜２０３ｅ，１００７ｆ 接地用線路、９ｂ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，
２１４ スルーホール、１０，１０１０ はんだバンプ、１１，１０１１ チップキャリア、１９ａ，１９ｂ 接地線路、１８ 終端抵抗、２０，１０３ａ〜
１０３ｅ，２００３ 変調器部、２０ａ 変調器部側端面、３０ 光導波路、
４０，１０４ａ〜１０４ｅ，２００２ レーザ部、７０，１０１２，２００５ 基板、７１，２００ａ 第１の板状部材、７２，２００ｂ 第２の板状部材、
９１ 第１の板状部材、９２ 第２の板状部材、９３，２００４ ボンディングワイヤ、１００ アレイ型変調器付半導体レーザ素子、１０５１ アンドープＩｎＰ基板、１０５２ 導波層、１０５３ 高抵抗ＩｎＰ電流ブロック層、
１０５４ ｎ型ＩｎＰホールトラップ層、１０５５ ｐ型ＩｎＰ第１クラッド層、１０５６ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１０５７ 溝、１０５８ 絶縁膜、１０５９ Ｃｒ／Ａｕ膜、１００６，２００５ マイクロストリップライン基板、２００ 基板、２０４ａ〜２０４ｅ ストリップ線路群。
【発明の属する技術分野】
この発明は、光半導体モジュールに関し、特に、大容量光ファイバ通信に用いられる超高速変調器付半導体レーザ素子を備えた光半導体モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の変調器付半導体レーザ素子を備えた光半導体モジュールの構造を説明するための図であり、図５(a) は変調器付半導体レーザ素子の構造を示す斜視図、図５(b) は変調器付半導体レーザ素子を載置するための基板の構造を示す斜視図、及び図５(c) は変調器付半導体レーザ素子を基板に載置してなる光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。図において、１００１は変調器付半導体レーザ素子、１００２ａ、１００２ｂは変調器付半導体レーザ素子１００１の変調器部１０２０の表面に設けられた表面電極、１００３ａ、１００３ｂは変調器部１０２０の裏面側と導通された裏面用電極、１００４は変調器付半導体レーザ素子１００１のレーザ部１０４０の表面電極、１００５はレーザ部１０４０の裏面側と導通された裏面用電極である。基板１０１２は高周波の損失の少ないアルミナ等の材料からなる板状部材であるマイクロストリップライン基板１００６を、ＣｕＷ等からなるチップキャリア１０１１上に配置してなる。チップキャリア１０１１はマイクロストリップライン基板１００６を補強する機能を有するとともに、マイクロストリップ線路の接地導体となるものである。１００７ａ、１００７ｂ、１００７ｄ、及び１００７ｅはマイクロストリップライン基板１００６上に配置された金メッキ等からなるストリップ線路、１００７ｃはマイクロストリップライン基板１００６上に配置された金メッキ等からなる給電線路、１００７ｆは金メッキ等からなる接地用線路、１００８はストリップ線路１００７ｂ上に設けられた５０Ωの終端抵抗、１００９ｂ、１００９ｄ、１００９ｅ、１００９ｆはその内面が金メッキ等によりメタライズされた、マイクロストリップライン基板１００６表面のストリップ線路とチップキャリア１０１１とを導通させるためのスルーホールである。
【０００３】
この光半導体モジュールは、変調器付半導体レーザ素子１００１を、その表面が、マイクロストリップライン基板１００６の表面に向かい合うように、マイクロストリップライン基板１００６上に載置することにより構成されており、表面電極１００２ａとストリップ線路１００７ａ、表面電極１００２ｂとストリップ線路１００７ｂ、裏面用電極１００３ａとストリップ線路１００７ｄ、裏面用電極１００３ｂとストリップ線路１００７ｅ、表面電極１００４と給電線路１００７ｃ、及び裏面用電極１００５と接地用線路１００７ｆとがそれぞれ互いに接着されている。
【０００４】
図６は光半導体モジュールの組み立て方法を説明するための図であり、図において、図５と同一符号は同一または相当する部分を示している。この従来の光半導体モジュールは、変調器付半導体レーザ素子１００１と、基板１２とを用意し、レーザ素子１００１の表面の各電極上に、ＡｕＳｎはんだバンプ１０１０をそれぞれ形成しておき、この変調器付半導体レーザ素子１００１を、予め３４０℃程度に加熱しておいたマイクロストリップライン基板１００６上に、その表面同士が互いに向かい合うように載置し、レーザ素子１００１の変調器部側の表面電極１００２ａ，１００２ｂ、裏面用電極１００３ａ，１００３ｂ、レーザ部側の表面電極１００４、及び裏面用電極１００５をそれぞれマイクロストリップ線路１００７ａ、１００７ｂ，１００７ｄ，１００７ｅ、給電線路１００７ｃ，及び接地用線路１００７ｆにＡｕＳｎはんだバンプ１０１０を介して圧着させ、昇温して接着することにより形成される。
【０００５】
次に、従来の光半導体モジュールに用いられる変調器付半導体レーザ素子の製造方法、及びレーザ素子上へのはんだバンプの製造方法を図４を用いて説明する。図４は従来の変調器付半導体レーザチップの製造方法及びはんだバンプの製造方法を示す工程図であり、レーザ共振器長方向に垂直な断面図である。図４において、１０５１はアンドープＩｎＰ基板、レーザ部においては活性層となる１０５２は導波層、１０６２はｐ型ＩｎＰ第２クラッド層、１０５３は高抵抗ＩｎＰ電流ブロック層、１０５４はｎ型ＩｎＰホールトラップ層、１０５５はｐ型ＩｎＰ第１クラッド層、１０５６はｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１０５７はエッチングにより形成した溝、１０５８はＳｉＯ2 絶縁膜、１０５９はＣｒ／Ａｕ膜、１０６０は表面電極、１０６１は裏面用電極である。
【０００６】
まず、最初に、図４(a) に示すように、アンドープＩｎＰ基板１０５１上に、導波路１０５２とｐ型ＩｎＰ第２クラッド層１０６２とを結晶成長させ、これを基板１０５１に達する深さまでエッチングすることによりレーザ共振器長となる方向に伸びる所定幅のリッジストライプ形状に加工した後、リッジストライプ形状部分を埋め込むように、高抵抗ＩｎＰ電流ブロック層１０５３，ｎ型ＩｎＰホールトラップ層１０５４を成長し、ついでｐ型ＩｎＰクラッド層１０５５，ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５６を成長する。なお、レーザ部を形成する領域の導波層１０５２上には回折格子を形成するが、ここでは省略している。また、変調器部とレーザ部とを電気的に分離するためにこの領域の間にアイソレーション領域を形成するがここでは省略している。
【０００７】
さらに、図４(b) に示すように、変調器部の容量低減のため，及び素子の裏面側との導通のために、リッジストライプ形状部分が形成されていない領域に、アンドープＩｎＰ基板１０５１に到達するようにエッチングにより開口部１０５７を形成し、図４(c) に示すように、ＳｉＯ2 絶縁膜１０５８を基板１０５１の表面全体に成膜した後、導波路１０５２の直上及び溝１０５７の最深部に、それぞれ、コンタクト層１０５６及びアンドープＩｎＰ基板１０５１が底面に露出した開口部を設ける。その後、図４(d) に示すように、Ｃｒ／Ａｕ膜１０５９を基板１０５１上全面に形成し、図４(e) に示すように、パターニングにより導波層１０５２上の領域と開口部１０５７上の領域とでＣｒ／Ａｕ膜１０５９を分離し、表面電極１０６０と、裏面用電極１０６１とを形成して変調器付半導体レーザ素子１００１を得る。
【０００８】
さらに、図４(f) に示すように、レーザ素子１００１表面全体をレジストで覆い、その一部を露光技術を用いて窓開けし、その上にＡｕメッキとＳｎメッキを順次行い、レジストを除去する。これにより、Ａｕ組成８０％、Ｓｎ組成２０％の合金となる融点２８０℃のＡｕＳｎはんだバンプ１０１０が得られる。
【０００９】
この光半導体モジュールでは、チップキャリア１０１１を接地させて変調器付半導体レーザ素子の裏面用電極１００３ａ，１００３ｂ，１００５を接地電位とし、給電線路１００７ｃからレーザ部にＤＣ電流を注入してレーザ部においてレーザ光を発生させ、マイクロストリップライン１００７ｄから変調器部に変調信号を印加することで、このレーザ光を変調させて、端面から変調光が得られる。
【００１０】
従来の光半導体モジュールは、変調器付半導体レーザ素子１００１を載置するマイクロストリップライン基板１００６として高周波の損失角が小さいアルミナの単一基板を用い、その上に変調器付半導体レーザ素子１００１の変調器部１０２０とレーザ部１０４０とをともに接着するようにしていた。しかしながら、このようにすると、アルミナの熱伝導率は０．３Ｗ／ｃｍ・℃と小さいためにレーザ部１０４０に電流を注入したときに発光領域付近で生ずる熱を拡散するのが難しく放熱性が悪くなり、発光領域付近の温度上昇が大きくなるために、特に高温時に動作させる場合には、充分な光出力を低消費電流で得ることが難しいという問題があった。
【００１１】
逆に、マイクロストリップライン基板としてレーザ部のサブマウント材として一般的に用いられるＳｉＣ等の熱伝導率が２．６Ｗ／ｃｍ・℃と高い材料を用いた場合、熱伝送性には優れるものの高周波の損失角が大きく、変調器部においてＤＣから数十ＧＨｚまでの幅広い周波数範囲で優れた高周波特性を得ることが困難となるという問題があった。
【００１２】
したがって、優れた高周波特性を有するとともに、高温時においても動作可能である、高性能な光半導体モジュールを得ることは非常に困難であった。
【００１３】
一方、図７は従来の他の光半導体モジュールの構造を説明するための斜視図であり、図において、図５と同一符号は同一又は相当する部分を示しており、アレイ型変調器付半導体レーザチップ２００１は図５において説明した変調器付半導体レーザ素子１００１を複数、その光軸が平行になるように併設して形成されている。但し、ここでは、このレーザ素子１００１の表面には裏面用電極を設けず、素子の裏面に共通の裏面電極（図示せず）を設けるようにしている。２００２は半導体レーザ部、２００３は変調器部、２００５は材料が高周波の損失の少ないアルミナ等の板状部材からなっているマイクロストリップライン基板で、その裏面には図示していないが接地導体が設けられている。２００６はマイクロストリップライン基板２００５上に配置された、上記アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１の光軸に対して垂直な方向に伸びるように配置された、それぞれのアレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１側の端部が光軸方向において同一直線上に配列されている、高周波信号を印加するための複数のストリップ線路で、このストリップ線路２００６の本数はアレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１を構成する各半導体レーザ素子１００１の数と同数とする。２００７は上記アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１の光軸に対して垂直な方向において等間隔で同一直線上に配列された給電線路で、その配列間隔は、アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１を構成するレーザ素子１００１同士の間隔と等しい間隔となっている。２０１０は２００６はマイクロストリップライン基板２００５上に配置された、上記アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１の光軸に対して垂直な方向に伸びるように配置された、それぞれのアレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１側の端部が光軸方向において同一直線上に配列されている複数のストリップ線路で、複数のストリップ線路２０１０と複数のストリップ線路２００６とはそれぞれアレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１の両側に配置されている。２００８は複数のストリップ線路２０１０のそれぞれに挿入された終端抵抗、２００９はその内部に金メッキ等のメタライズがなされているスルーホールで、マイクロストリップライン基板２００５裏面の接地導体と複数のストリップ線路２０１０のそれぞれとを接続している。
【００１４】
この光半導体モジュールにおいては、マイクロストリップライン基板２００５上に、アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１が、その裏面が、マイクロストリップライン基板２００５の表面に対向するように載置されて接着されている。そして金線等のボンディングワイヤ２００４により、各ストリップ線路２００６と、アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１を構成する各半導体レーザ素子１００１の変調器部２００３側の表面電極１００２ａとが、また、各ストリップ線路２０１０と、各半導体レーザ素子１００１の変調器部２００３側の各表面電極１００２ｂとが接続されている。また、アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１の裏面電極は、マイクロストリップライン基板２００５の、該素子２００１を載置する位置に設けられた接地用の金属膜等に接着され接地される。
【００１５】
この光半導体モジュールでは、チップキャリア１０１１を接地させ、アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１の裏面電極（図示せず）を接地電位とし、各給電線路１００７ｃからアレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１の各レーザ部２００２にＤＣ電流を注入してレーザ部２００２においてレーザ光を発生させ、各マイクロストリップライン１００７ｄから各変調器部２００３に変調信号を印加することで、各レーザ部２００２において発生されたレーザ光を変調させて、端面から変調光が得られる。
【００１６】
しかしながら、このようなアレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１をマイクロストリップライン基板２００５上に載置して形成された光半導体モジュールにおいては、アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１を構成する，並列して配置されたレーザ素子１００１の数が増えるに従って、各変調器付半導体レーザ素子１００１の変調器部２００３の表面電極１００２ａ，１００２ｂと、アレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１の両側に配置されたストリップ線路２００６，２０１０とを接続するボンディングワイヤ２００４の長さが長くなるため、自己インダクタンスのみならず、ワイヤ間の相互インダクタンスによるクロストークにより各レーザ素子から出力される変調光の波形が乱されることとなる。したがって、高周波特性に優れた、高性能な光半導体モジュールが得られなくなるという問題があった。
【００１７】
また、このようなボンディングワイヤ２００４の長さが長くなることによる問題の発生を避けるために、ストリップ線路２００６，２０１０をアレイ型変調器付半導体レーザ素子２００１のレーザ光を出射させる端面側、即ち変調器部１０２０側の近傍に配置することも考えられるが、この場合、接続に必要なボンディングワイヤが光の出射を妨げてしまうという問題が生じる。
【００１８】
また、ストリップ線路２００６，２０１０をアレイ型半導体レーザ素子２００１のレーザ部２００２側の端面近傍に配置することも考えられるが、通常、レーザ部２００２側の端面近傍には出力光強度モニタや出力光制御用のフォトダイオードを載置するため、このようなストリップ線路を配置したり、ボンディングワイヤを設けることはできない。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
以上に説明したように、従来は性能のよい光半導体モジュールを得ることができないという問題があった。
【００２０】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、優れた性能を有する光半導体モジュールを得ることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光半導体モジュールは、その表面に高周波信号用のストリップ線路を備えた第１の板状部材と、該第１の部材に併設されたその表面に給電線路を備えた第２の板状部材とを有し、上記第１の板状部材が第２の板状部材よりも損失角の小さい材料からなり、第２の板状部材が第１の板状部材よりも熱伝導率が高い材料からなる基板と、その表面に表面電極を備えた変調器部と、その表面に表面電極を備えた，その光軸が上記変調器部の光軸と同一直線上に配置されたレーザ部とを有し、上記変調器部の表面電極が、上記ストリップ線路と接着され、上記レーザ部の表面電極が上記給電線路と接着されるよう、上記基板上に配置された変調器付半導体レーザ素子とを備えたものである。
【００２２】
また、上記請求項１に記載の光半導体モジュールにおいて、上記基板の裏面には接地導体が設けられており、上記ストリップ線路をマイクロストリップ線路としたものである。
【００２３】
また、上記光半導体モジュールにおいて、上記第１の板状部材の表面には、スルーホールを介して裏面の接地導体と接続された接地用線路が設けられており、上記変調器付半導体レーザ素子の変調器部の表面には、その裏面と導通された裏面用電極が設けられており、上記接地用線路と裏面用電極とが接着されているようにしたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明に係る光半導体モジュールは、変調器付半導体レーザ素子を載置する基板の、変調器部が載置される領域と、レーザ部が載置される領域との材質を異なるものとするとともに、変調器部が載置される領域の材質をレーザ部が載置される領域の材質よりも高周波の損失角が小さいものとし、レーザ部が載置される領域の材質を変調器部が載置される領域の材質よりも熱伝導率の高いものとしたものである。
【００３０】
図１は本発明の実施の形態１に係る光半導体モジュールの構造を説明するための図であり、図１(a) は光半導体モジュールの一部となる変調器付半導体レーザ素子の構造を示す斜視図、図１(b) は変調器付半導体レーザ素子を載置するための基板の構造を示す斜視図、及び図１(c) は変調器付半導体レーザ素子を基板に載置してなる光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【００３１】
図において、変調器付半導体レーザ素子１はその表面に表面電極２ａ，２ｂを備えた変調器部２０と、その表面に表面電極４を備え，その光軸が上記変調器部２０の光軸と同一直線上に配置されたレーザ部４０とを有している。レーザ素子１の光導波路３０は光軸に沿って伸びており、変調器部２０側の光が出射される端面２０ａは光導波路３０の伸びる方向に対して垂直に配置されている。裏面用電極３ａ、３ｂは光軸の両側に配置されており、それぞれが変調器部２０の裏面側と導通されている。裏面用電極３ａ、３ｂはいずれか一方のみを設けるようにしてもよいが、光軸の両側にそれぞれ設けることが動作特性上好ましい。裏面用電極５はレーザ部４０の裏面側と導通されている。
【００３２】
基板７０は、ＣｕＷ等からなるチップキャリア１１上に、材料が高周波の損失角の小さいアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）やＡｌＮ等からなるマイクロストリップライン基板として機能する第１の板状部材７１と、第１の板状部材７１に対して熱伝導率の高いＳｉＣ等の材料からなるサブマウントとして機能する第２の板状部材７２とが併設されて構成されている。なお、第１の板状部材７１の材料は、第２の板状部材７２に対して高周波の損失角の小さい材料であれば他の材料を用いてもよく、第２の板状部材７２の材料としては、第１の板状部材７２よりも熱伝導率の高い材料であれば他の材料を用いてもよい。チップキャリア１１は、２つの板状部材７１，７２を固定するとともに、これらを補強する機能と、２つの板状部材７１，７２の接地導体となる機能とを兼ね備えている。また、変調器付半導体素子１の実装時の障害となる段差が生じないように、２つの板状部材７１，７２の厚さはそれぞれ調整され、これらの表面の高さは同じになっている。ここでは板状部材７１，７２が空間的に分離されて配置されているが、互いに接着させて配置するようにしてもよい。この場合、チップキャリア１１を設けずに、板状部材７１，７２の裏面にメッキ等からなる共通の接地導体を形成するようにしてもよい。第１の板状部材７１上に配置された金メッキ等からなるストリップ線路７ａ、７ｂ、７ｄ、及び７ｅと、第１の板状部材７１の裏面側に設けられた接地導体となるチップキャリア１１とが、マイクロストリップ線路を構成している。８はストリップ線路７ｂ上に挿入された５０Ωの終端抵抗、７ｃは第２の板状部材７２上に配置された金メッキ等からなる給電線路、７ｆは金メッキ等からなる接地用線路、スルーホール９ｂ、９ｄ、９ｅ、９ｆはその内面が金メッキ等によりメタライズされており、第１，第２の板状部材７１，７２表面のストリップ線路７ｂ，７ｄ，７ｅ，及び接地用線路７ｆと，接地導体となるチップキャリア１１とを導通させている。
【００３３】
この光半導体モジュールは、図１(c) に示すように、変調器付半導体レーザ素子１を、その表面が、第１，第２の板状部材７１，７２の表面に向かい合うように、第１，第２の板状部材７１，７２上に載置することにより構成されており、変調器付半導体レーザ素子１は、その光軸方向が、第１の板状部材７１と第２の板状部材７２との配列方向と同じとなり、かつ、変調器付半導体レーザ素子１の変調器部２０が第１の板状部材７１上に、また、レーザ部４０が第２の板状部材７２上に位置するように載置されている。そして、表面電極２ａとストリップ線路７ａ、表面電極２ｂとストリップ線路７ｂ、裏面用電極３ａとストリップ線路７ｄ、裏面用電極３ｂとストリップ線路７ｅ、表面電極４と給電線路７ｃ、及び裏面用電極５と接地用線路７ｆとがそれぞれ互いに接着されている。
【００３４】
このように変調器付半導体レーザ素子１が基板７０上に載置されているため、ストリップ線路７ａと変調器部の表面電極２ａとが接続され、変調器部の表面電極２ｂはストリップ線路７ｂとスルーホール９ｂとを介してチップキャリア１１と接続されている。変調器部の裏面用電極３ａはストリップ線路７ｄとスルーホール９ｄとを介してチップキャリア１１と接続されている。変調器部の裏面用電極３ｂはストリップ線路７ｅとスルーホール９ｅとを介してチップキャリア１１と接続されている。終端抵抗８はストリップ線路７ｂの途中に挿入されているため、終端抵抗８は変調器部と並列に接続されている。
【００３５】
図８は光半導体モジュールの組み立て方法を説明するための図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示している。本実施の形態１に係る光半導体モジュールは、変調器付半導体レーザ素子１と、基板７０とを用意し、レーザ素子１の表面上の所定の位置に、ＡｕＳｎはんだバンプ１０をそれぞれ形成しておき、この変調器付半導体レーザ素子１を、予め３４０℃程度に加熱しておいた基板７０上に、その表面が基板７０の表面に向かい合うように載置し、レーザ素子１の変調器部側の表面電極２ａ，２ｂ、裏面用電極３ａ，３ｂ、レーザ部側の表面電極４、及び裏面用電極５をそれぞれストリップ線路７ａ、７ｂ，７ｄ，７ｅ、給電線路７ｃ，及び接地用線路７ｆにＡｕＳｎはんだバンプ１０を介して圧着させ、昇温することにより接着させて形成される。
【００３６】
次に動作について説明する。チップキャリア１１を接地させて変調器付半導体レーザ素子１の裏面用電極３ａ，３ｂ，５を接地電位とし、給電線路７ｃからレーザ部４０にＤＣ電流を注入してレーザ部４０においてレーザ光を発生させ、ストリップ線路７ｄから変調器部２０に変調信号を印加することで、このレーザ光を変調させて、変調器付半導体レーザ素子１の変調器側の端面２０ａから変調光が得られる。
【００３７】
この光半導体モジュールにおいては、基板７０の変調器付半導体レーザ素子１の変調器部２０が載置される部分を高周波の損失角の小さいアルミナ等からなる第１の板状部材７１とし、レーザ部４０が載置される部分が熱伝導率の高いＳｉＣ等からなる第２の板状部材７２としたため、変調器部２０においては、損失角の小さい第１の板状部材７２により高周波の損失を小さくして、高周波特性を向上させることができるとともに、レーザ部３０においては、電流注入により発生する熱を第２の板状部材により効率的に放散させることができる。この結果、本実施の形態１に係る光半導体モジュールによれば、優れた高周波特性を有するとともに、放熱性に優れ，高温動作が可能である、高性能な光半導体モジュールを提供することができる。
【００３８】
なお、上記実施の形態１においては、光半導体モジュールを組み立てる際に、変調器付半導体レーザのレーザ部４０の表面電極４及び裏面用電極５と、基板７０の給電線路７ｃ及び接地用線路７ｆとをはんだバンプ１０を用いて接着するようにしたが、本発明においては、図２に示すように、変調器付半導体レーザ素子１のレーザ部４０の表面電極４、裏面用電極１００５と接着する部分に、はんだバンプを設ける代わりに、それぞれ薄くパターニングされたＡｕＳｎはんだ８１ｃ、８１ｆを形成するようにし、これにより、レーザ部４０の表面電極４及び裏面用電極５と、基板７０の給電線路７ｃ及び接地用線路７ｆとを接着するようにしてもよく、このような場合においても上記実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００３９】
なお、上記実施の形態１においては各ストリップ線路がマイクロストリップ線路である場合について説明したが、本発明においては、各ストリップ線路の両側に接地線路を設けて、上記各ストリップ線路をコプレーナ線路としてもよく、このような場合においても上記実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００４０】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係る光半導体モジュールの構造を説明するための斜視図であり、図３(a) は変調器付半導体レーザ素子の裏面にサブマウントとなる第２の板状部材を取り付けた状態を示す斜視図、図３(b) は変調器付半導体レーザ素子に載置されるコプレーナ線路用基板となる第１の板状部材の構造を示す斜視図、及び図３(c) は光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【００４１】
図において、図１と同一符号は同一又は相当する部分を示しており、変調器付半導体レーザ素子１ａは、図１(a) に示した変調器付半導体レーザ素子１において、レーザ部４０の裏面電極をレーザ素子１の表面から取り出さないようにし、その裏面に裏面電極（図示せず）を設けたものである。高周波の損失角が小さいアルミナ等の材料からなるコプレーナ線路基板として機能する第１の板状部材９１の表面には、同一直線上において伸びるとともに、互いに所定の間隔を隔てて配置されたストリップ線路１７ａ，１７ｂと、これらの両側に平行に配置された接地用線路１９ａ，１９ｂが設けられている。このストリップ線路１７ａ，１７ｂと接地用線路１９ａ，１９ｂとによりコプレーナ線路が形成されている。ストリップ線路１７ｂには５０Ωの終端抵抗１８が挿入されており、ストリップ線路１７ｂのストリップ線路１７ａと対向する端部の反対側の端部が接地用線路１９ａ，１９ｂと接続されている。９２は変調器付半導体レーザ素子１を載置するためのサブマウントとなる第２の板状部材で、ＳｉＣ等の熱伝導率の高い材料からなる。９３はレーザ部の表面電極４と光半導体モジュールの外部の給電源とを接続するボンディングワイヤである。第２の板状部材９２の上面、底面、及び少なくとも１つの側面は金メッキ等でメタライズされている。
【００４２】
この光半導体モジュールは、図３(c) に示すように、変調器付半導体レーザチップ１ａが第２の板状部材９２上に、その裏面が、第２の板状部材９２の表面と接するようにはんだ等を用いて載置され、第１の板状部材９１が、その表面が変調器付半導体レーザ素子１ａの表面に向かい合うように、変調器付半導体レーザ素子１ａの変調器部２０上の領域に載置されている。ストリップ線路１７ａのストリップ線路１７ｂと向かい合う端部は変調器部２０の表面電極２ａとＡｕＳｎはんだを用いて接着され、ストリップ線路１７ｂのストリップ線路１７ａと向かい合う端部は変調器部２０の表面電極２ｂとＡｕＳｎはんだを用いて接着され、変調器部２０の接地電極３ａ，３ｂは接地用線路１９ｂとＡｕＳｎはんだを用いて接着されている。ストリップ線路１７ｂの端部が表面電極２ｂと接続され、変調器部２０の接地電極３ｂｇａ地用線路１９ｂと接続されるため、終端抵抗１８は変調器部２０と並列に接続される。
【００４３】
この光半導体モジュールの第２の板状部材９２の裏面を接地すると、レーザ部４０の裏面電極が接地される。そして、レーザ部４０の表面電極４にボンディングワイヤ９３を介してＤＣ電流を注入し、接地用線路１９ａ，１９ｂを接地してストリップライン７ａから変調信号を印加することで、レーザ素子１ａの変調器部２０側の端部２０ａから変調光を得ることができる。
【００４４】
この光半導体モジュールにおいては、変調器付半導体レーザチップ１ａの裏面全面を熱伝導率の高い第２の板状部材９２に接触させることができるので、光半導体モジュールの放熱性を向上させて、高温動作の可能な光半導体モジュールを得ることができる。また、高周波信号を伝送するためのコプレーナ線路となるストリップ線路１７ａ，１７ｂの基板となる第１の板状部材９１として高周波の損失角の小さい材料を用いるようにしたことにより、高周波特性に優れた光半導体モジュールを得ることができる。
【００４５】
実施の形態３．
図９は本発明の実施の形態３に係る光半導体モジュールの構造を説明するための斜視図であり、図９(a) は光半導体モジュールに用いられるアレイ型変調器付半導体レーザ素子の構造を示す斜視図、図９(b) はアレイ型変調器付半導体レーザ素子が載置される基板の構造を示す斜視図、及び図３(c) は光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【００４６】
図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示しており、アレイ型変調器付半導体レーザ素子１００は図１に示した変調器付半導体レーザ素子１と同様の構造を有する複数の変調器付半導体レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅを、それぞれの光軸が互いに平行となるよう併設してなる。各半導体レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅの光が出射される端面及びその上面は、同一平面を構成している。ここではアレイ型変調器付半導体レーザ素子１００を構成する変調器付半導体レーザ素子の数が５つの場合について説明しているが、この数は２つ以上であればいくつであってもよい。このアレイ型変調器付半導体レーザ素子を構成する変調器付半導体レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅには、変調器部１０２ａ〜１０２ｅとレーザ部１０４ａ〜１０４ｅとの間，及び変調光が出射される端面と変調器部１０２ａ〜１０２ｅとの間に、それぞれ必要に応じて、光損失の少ない導波路１０３ａ〜１０３ｅが設けられており、アレイ型変調器付半導体レーザ素子１００の光軸に対して垂直な同一直線上には、３つ以上の変調器部１０２ａ〜１０２ｅが並ぶことがないように、各変調器部１０２ａ〜１０２ｅの光軸方向の位置が調整されている。ここでは特に５つの変調器付半導体レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅの中心となる素子１０１ｃの変調器部１０２ｃと変調光が出射される端面との距離が最も短く、最も外側の素子１０１ａ，１０１ｅの変調器部１０２ａ，１０２ｅと変調光が出射される端面との距離が最も長くなっている。
【００４７】
基板２００はアルミナ等からなり、その表面には、この基板２００の両端から基板２００の中心方向に向かって互いに平行に伸びるとともに、それぞれの端部が該伸びる方向に向かって一定の間隔で配列されている５つのストリップ線路群２０４ａ〜２０４ｅが配設されている。この間隔は、アレイ型変調器付半導体レーザ素子１００を構成するレーザ素子１０１ａ〜１０１ｅの隣接する素子同士の間隔とほぼ同じ間隔とする。基板２００の裏面には接地導体となるチップキャリア２０５が設けられており、これにより５つのストリップ線路群２０４ａ〜２０４ｅは、それぞれマイクロストリップ線路群となっている。なお、チップキャリアを設ける代わりに、基板２００の裏面にメタライズを設けるようにしてもよい。ストリップ線路群２０４ａ〜２０４ｅは、それぞれ、基板２００の両端から基板の中心方向に向かって互いに平行に伸びるそれぞれの端部が該伸びる方向に向かって一定の間隔で配列されている高周波信号印加用のストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅと、これらの端部に対して一定の間隔を隔てて配置されたストリップ線路２１１ａ〜２１１ｅと、ストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅ及びストリップ線路２１１ａ〜２１１ｅとの互いに対向する端部の、それぞれの近傍に設けられたストリップ線路２１２ａ〜２１２ｅ及びストリップ線路２１３ａ〜２１３ｅとからなる。ストリップ線路２１１ａ〜２１１ｅ，ストリップ線路２１２ａ〜２１２ｅ，及びストリップ線路２１３ａ〜２１３ｅとが設けられている領域には内面がメタライズされたスルーホール２１４が設けられており、その裏面に配置されたチップキャリア２０５と導通されている。上記ストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅのそれぞれの基板２００の中心側の端部を経てこれらのストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅの伸びる方向に垂直な方向に伸びる直線上の領域近傍には上記各ストリップ線路群２１０ａ〜２１０ｅと対をなす５つの給電線路２０２ａ〜２０２ｅが設けられており、これらは、ストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅの伸びる方向と平行な方向において同一直線上に配置されている。また、各給電線路２０２ａ〜２０２ｅの近傍には接地用線路２０３ａ〜２０３ｅが設けられている。
【００４８】
上記アレイ型変調器付半導体レーザ素子１００はその光軸が上記各ストリップ線路群２０４ａ〜２０４ｅの伸びる方向に対して垂直となるよう、上記基板２００の表面をアレイ１００の表面と向かい合わせとして上記基板２００上に載置されている。また、上記各変調器付半導体レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅの変調器部１０２ａ〜１０２ｅの表面電極２ａ，２ｂ及びレーザ部１０４ａ〜１０４ｅの表面電極４が、それぞれ、上記各ストリップ線路群２０４ａ〜２０４ｅの、上記ストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅの端部とこれと対向するストリップ線路２１１ａ〜２１１ｅの端部及びストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅの端部と対をなす給電線路２０２ａ〜２０２ｅとのみにはんだ等を介して接着されている。また、上記各変調器付半導体レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅの裏面用電極３ａ，３ｂ及び裏面用電極５が、それぞれ、上記各ストリップ線路群２０４ａ〜２０４ｅの、ストリップ線路２１２ａ〜２１２ｅ，ストリップ線路２１３ａ〜２１３ｅ及びこれらと対をなす接地用線路２０３ａ〜２０３ｅとのみにはんだ等を介して接着されている。このとき、レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅの変調器部１０２ａ〜１０２ｅの光軸方向の位置が一定ではないため、光軸に垂直な方向に伸びるストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅは、その端部が接続された変調器部１０２ａ〜１０２ｅ以外の変調器部１０２ａ〜１０２ｅとは接続されない。
【００４９】
この光半導体モジュールでは、上記各ストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅと各半導体レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅの変調器部１０２ａ〜１０２ｅの表面電極２ａとが接続され、各変調器部１０２ａ〜１０２ｅの表面電極２ｂはストリップ線路２１１ａ〜２１１ｅとスルーホール２１４とを介してチップキャリア２０５と接続される。変調器部１０２ａ〜１０２ｅの裏面用電極３ａはストリップ線路２１２ａ〜２１２ｅとスルーホール２１４とを介してチップキャリア２０５と接続される。変調器部１０２ａ〜１０２ｅの裏面用電極３ｂはストリップ線路２１３ａ〜２１３ｅとスルーホール２１４とを介してチップキャリア２０５と接続される。終端抵抗２８が各ストリップ線路２１１ａ〜２１１ｅの途中に挿入されているため、終端抵抗２８は変調器部１０２ａ〜１０２ｅと並列に接続される。
【００５０】
チップキャリア２０５を接地させ、アレイ型変調器付半導体レーザ素子１００の各裏面用電極３ａ，３ｂ，５を接地電位とし、各給電線路２０２ａ〜２０２ｅからレーザ部１０４ａ〜１０４ｅにＤＣ電流を注入してレーザ部１０４ａ〜１０４ｅにおいてレーザ光を発生させ、マイクロストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅから変調器部１０２ａ〜１０２ｅに変調信号を印加することで、このレーザ光を変調させて、端面から変調光が得られる。
【００５１】
本実施の形態３においては、アレイ型変調器付半導体レーザ素子１００を構成する各半導体レーザ素子１０１ａ〜１０１ｅの変調器部１０２ａ〜１０２ｅの表面電極２ａは、マイクロストリップ線路であるストリップ線路２１０ａ〜２１０ｅと直接接続されている。このため接続にボンディングワイヤ等を用いる必要がない。したがって、従来のアレイ型変調器付半導体レーザ素子を用いた光半導体モジュールにおいて発生していた、アレイを構成するレーザ素子数が増えるにしたがってボンディングワイヤの長さが長くなって、自己インダクタンスのみならず、ワイヤ間の相互インダクタンスによるクロストークにより各レーザ素子から出力される変調光の波形が乱されるという問題がなくなる。この結果、高周波特性を損なうことなくアレイを構成する素子数を増やすことができ、優れた高周波特性を有する高性能な光半導体モジュールが得られる効果がある。
【００５２】
図１０は本実施の形態３に係る光半導体モジュールの変形例を示す図であり、図において、図９と同一符号は同一または相当する部分を示しており、２００ａはアルミナ等の高周波の損失角の小さい材料からなる第１の板状部材、２００ｂはＳｉＣ等の熱伝導率の高い材料からなる第２の板状部材である。
【００５３】
上記実施の形態３においては、アルミナ等からなる単一の基板２００を用いるようにしたが、この変形例においては、図１０に示すように、アレイ型変調器付半導体レーザ素子を載置する基板を、即ち第１の板状部材２００ａと第２の板状部材２００ｂとからなるようにしたものである。即ち、上記実施の形態１において説明したように、変調器部１０２ａ〜１０２ｅが載置される領域と、レーザ部１０４ａ〜１０４ｅが載置される領域とで材質を異なるものとするとともに、変調器部１０２ａ〜１０２ｅが載置される領域の材質をレーザ部１０４ａ〜１０４ｅが載置される領域の材質よりも高周波の損失角が小さいものとし、レーザ部１０４ａ〜１０４ｅが載置される領域の材質を変調器部が載置される領域の材質よりも熱伝導率の高いものとしたものである。このような変形例においても、上記実施の形態３と同様の効果を奏するとともに、レーザ部１０４ａ〜１０４ｅからの放熱性をよくして、高温動作の可能な光半導体モジュールを得ることができる。
【００５４】
なお、上記実施の形態３においては各ストリップ線路がマイクロストリップ線路である場合について説明したが、本発明においては、各ストリップ線路の両側に接地線路を設けて、上記各ストリップ線路をコプレーナ線路としてもよく、このような場合においても上記実施の形態３と同様の効果を奏する。
【００５５】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、その表面に高周波信号用のストリップ線路を備えた第１の板状部材と、該第１の部材に併設されたその表面に給電線路を備えた第２の板状部材とを有し、上記第１の板状部材が第２の板状部材よりも損失角の小さい材料からなり、第２の板状部材が第１の板状部材よりも熱伝導率が高い材料からなる基板と、その表面に表面電極を備えた変調器部と、その表面に表面電極を備えた，その光軸が上記変調器部の光軸と同一直線上に配置されたレーザ部とを有し、上記変調器部の表面電極が、上記ストリップ線路と接着され、上記レーザ部の表面電極が上記給電線路と接着されるよう、上記基板上に配置された変調器付半導体レーザ素子とを備えたから、変調器部においては、損失角の小さい第１の板状部材により高周波の損失を小さくして、高周波特性を向上させることができるとともに、レーザ部においては、電流注入により発生する熱を第２の板状部材により効率的に放散させることができ、優れた高周波特性を有するとともに、放熱性に優れ，高温動作が可能である、高性能な光半導体モジュールを提供することができる効果がある。
【００５６】
また、この発明によれば、上記基板の裏面には接地導体が設けられており、上記ストリップ線路をマイクロストリップ線路としたから、優れた高周波特性を有するとともに、放熱性に優れ，高温動作が可能である、高性能な光半導体モジュールを提供することができる効果がある。
【００５７】
また、この発明によれば、上記第１の板状部材の表面には、スルーホールを介して裏面の接地導体と接続された接地用線路が設けられており、上記変調器付半導体レーザ素子の変調器部の表面には、その裏面と導通された裏面用電極が設けられており、上記接地用線路と裏面用電極とが接着されているようにしたから、優れた高周波特性を有するとともに、放熱性に優れ，高温動作が可能である、高性能な光半導体モジュールを提供することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係る光半導体モジュールの変形例の組み立て方法を説明するための斜視図である。
【図３】 本発明の実施の形態２に係る光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【図４】 従来の光半導体モジュールに用いられる変調器付き半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。
【図５】 従来の光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【図６】 従来の光半導体モジュールの組み立て方法を示す斜視図である。
【図７】 従来の他の光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【図８】 本発明の実施の形態１に係る光半導体モジュールの組み立て方法を説明するための斜視図である。
【図９】 本発明の実施の形態３に係る光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【図１０】 本発明の実施の形態３に係る光半導体モジュールの構造を説明するための斜視図である。
【図１１】 本発明の実施の形態３の変形例に係る光半導体モジュールの構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１０１ａ〜１０１ｅ，１００１ 変調器付半導体レーザ素子、
２ａ，２ｂ，１００２ａ，１００２ｂ 表面電極、３ａ，３ｂ，１００３ａ，
１００３ｂ 裏面用電極、４，１００４，１０６０ 表面電極、５，１００５，１０６１ 裏面用電極、７ａ，７ｂ，７ｄ，７ｅ，１７ａ，１７ｂ，２１０ａ〜２１０ｅ，２１１ａ〜２１１ｅ，２１２ａ〜２１２ｅ，２１３ａ〜２１３ｅ，
１００７ａ，１００７ｂ，１００７ｄ，１００７ｅ，２００６，２０１０ ストリップ線路、２０４ａ〜２０４ｅ，１００７ｃ，２００７ 給電線路、７ｆ，
２０３ａ〜２０３ｅ，１００７ｆ 接地用線路、９ｂ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，
２１４ スルーホール、１０，１０１０ はんだバンプ、１１，１０１１ チップキャリア、１９ａ，１９ｂ 接地線路、１８ 終端抵抗、２０，１０３ａ〜
１０３ｅ，２００３ 変調器部、２０ａ 変調器部側端面、３０ 光導波路、
４０，１０４ａ〜１０４ｅ，２００２ レーザ部、７０，１０１２，２００５ 基板、７１，２００ａ 第１の板状部材、７２，２００ｂ 第２の板状部材、
９１ 第１の板状部材、９２ 第２の板状部材、９３，２００４ ボンディングワイヤ、１００ アレイ型変調器付半導体レーザ素子、１０５１ アンドープＩｎＰ基板、１０５２ 導波層、１０５３ 高抵抗ＩｎＰ電流ブロック層、
１０５４ ｎ型ＩｎＰホールトラップ層、１０５５ ｐ型ＩｎＰ第１クラッド層、１０５６ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１０５７ 溝、１０５８ 絶縁膜、１０５９ Ｃｒ／Ａｕ膜、１００６，２００５ マイクロストリップライン基板、２００ 基板、２０４ａ〜２０４ｅ ストリップ線路群。
Claims (3)
- その表面に高周波信号用のストリップ線路を備えた第１の板状部材と、該第１の部材に併設されたその表面に給電線路を備えた第２の板状部材とを有し、上記第１の板状部材が第２の板状部材よりも損失角の小さい材料からなり、第２の板状部材が第１の板状部材よりも熱伝導率が高い材料からなる基板と、
その表面に表面電極を備えた変調器部と、その表面に表面電極を備えた，その光軸が上記変調器部の光軸と同一直線上に配置されたレーザ部とを有し、上記変調器部の表面電極が、上記ストリップ線路と接着され、上記レーザ部の表面電極が上記給電線路と接着されるよう、上記基板上に配置された変調器付半導体レーザ素子とを備えたことを特徴とする光半導体モジュール。 - 請求項１に記載の光半導体モジュールにおいて、
上記基板の裏面には接地導体が設けられており、
上記ストリップ線路はマイクロストリップ線路であることを特徴とする光半導体モジュール。 - 請求項２に記載の光半導体モジュールにおいて、
上記第１の板状部材の表面には、スルーホールを介して裏面の接地導体と接続された接地用線路が設けられており、
上記変調器付半導体レーザ素子の変調器部の表面には、その裏面と導通された裏面用電極が設けられており、
上記接地用線路と裏面用電極とが接着されていることを特徴とする光半導体モジュール。
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